《Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine》：Engineering exosome-based delivery of IL-37 to enhance cytokine stability and antitumor activity in vitro and in vivo
编辑推荐：
•与原始外泌体或IL-37蛋白相比，负载了IL-37的外泌体在多种癌细胞系中表现出更强的细胞毒性。•qEV10方法能产生更高浓度的外泌体，而TEI方法则能生产出纯度更高的外泌体。•超声处理能够高效地封装IL-37（封装率超过80%），并使IL-37从外泌体中持续释放。•外泌体介导
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与原始外泌体或IL-37蛋白相比，负载了IL-37的外泌体在多种癌细胞系中表现出更强的细胞毒性。
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qEV10方法能产生更高浓度的外泌体，而TEI方法则能生产出纯度更高的外泌体。
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超声处理能够高效地封装IL-37（封装率超过80%），并使IL-37从外泌体中持续释放。
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外泌体介导的递送方式在体外和体内都能增强IL-37的稳定性、细胞摄取能力及其抗癌效果。
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原始外泌体没有显示出显著的细胞毒性，这证明了该递送载体的安全性和生物相容性。
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与单独使用IL-37蛋白相比，负载了IL-37的外泌体在肝癌大鼠模型中能更有效地改善生理和组织病理参数。
引言
基于纳米粒子的药物递送方式通过改善生物活性物质的药代动力学和肿瘤靶向性，彻底改变了癌症治疗领域。在新兴的纳米载体中，外泌体（源自内体的小型细胞外囊泡）被视为一种革命性的工具，可能在从治疗到诊断的各种应用中取代合成纳米粒子。1 最近的例子包括多功能纳米粒子，它们能够同时消除三阴性乳腺癌中的肿瘤细胞和M2型肿瘤相关巨噬细胞2，以及结合线粒体Ca2+过载和光热转化的多模式纳米调节剂，从而产生协同的抗肿瘤效果3，这凸显了工程纳米载体在肿瘤学中的治疗潜力。由于外泌体具有天然的生物相容性、穿越生物屏障的能力以及从其母细胞继承的细胞特异性亲和性，因此受到了广泛关注4。与合成纳米粒子不同，来自患者自身细胞的外泌体可以避开免疫系统的清除，并延长在体内的循环时间，这些特性使它们成为理想的“自我”药物载体5。外泌体可以被装载各种生物活性化合物，从而发挥独特的生理功能，并作为纳米载体使用。尽管有多种有效的方法可以将生物活性物质封装到外泌体中，但由于简单、成本低廉且装载效率相对较高，物理方法（如超声处理）仍然被广泛使用6, 7。
白细胞介素-37（IL-37）属于IL-1细胞因子家族，具有明确的抗炎和抗肿瘤特性。最初被命名为IL-1H4（白细胞介素-1同源物4），Dunn等人（2001年）后来将其重新命名为IL-1F7（白细胞介素-1家族成员7），因为发现这种前体蛋白是IL-1家族中的第七个成员8。IL-37基因长度为3.617 kb，由六个外显子组成，这些外显子通过选择性剪接产生五种不同的剪接产物（IL-37a-e），其成熟形式的分子量在17至24 kDa之间9。IL-37通过细胞内（SMAD3介导）和细胞外（IL-18Rα/IL-1R8介导的Mer-PTEN-DOK）信号通路抑制NF-κB和MAPK通路，从而减少促炎细胞因子的产生，抑制肿瘤进展、转移和血管生成10, 11。多项研究表明，IL-37在多种肿瘤类型中具有抗肿瘤作用，包括多发性骨髓瘤（MM）、肺癌、纤维肉瘤、肝细胞癌（HCC）、卵巢癌、前列腺癌、肾细胞癌（RCC）和口腔鳞状细胞癌（OSCC）12。
尽管IL-37具有巨大的治疗潜力，但由于其在生理环境中的快速降解和低生物利用率，其临床应用受到限制。将其封装在保护性纳米载体中可以稳定这种细胞因子，实现持续释放，并提高其在肿瘤中的积累。源自癌细胞的外泌体为此提供了一个特别有吸引力的平台：它们携带有助于导向肿瘤组织的表面标记物，并可能提供一种免疫“隐形斗篷”，减少单核吞噬系统的清除5。
本研究的主要目的是利用基于尺寸的分离技术和聚合物沉淀法从NCI-H226人类癌细胞中分离出完整的外泌体，并通过超声处理将其装载重组IL-37。我们评估了封装效率、释放动力学和颗粒特性，然后在一系列癌细胞系中以及DEN-1诱导的肝癌大鼠模型中评估了负载IL-37的外泌体的抗癌活性。目的是确定与癌细胞来源的外泌体结合是否能够增强IL-37的抗癌效果。最后，通过利用IL-37的免疫调节特性和外泌体的药物运输能力，这项研究可能为基于外泌体的靶向癌症治疗系统的开发提供重要见解，为创新治疗方法开辟新的可能性。
章节摘录
IL-37的表达与纯化
重组IL-37的表达和纯化方法如前所述13。简而言之，IL-37基因被克隆到pET-28a质粒的BamH1和Nde1之间，然后转入E. coli Rosetta 2(DE3)中。在1 L摇瓶培养基中加入1 mM IPTG诱导表达（自动诱导和IPTG诱导）。细胞通过French press裂解，His标签化的IL-37通过IMAC方法在HisTrap HP 5 mL柱子上进行纯化，使用逐步增加的咪唑梯度（20 mM和0.5 mM咪唑在20 mM Tris-Cl溶液中）进行纯化。
IL-37的表达、生产和纯化
重组IL-37在E. coli Rosetta 2(DE3)中表达，并使用咪唑缓冲液梯度进行单步色谱纯化。最大蛋白的洗脱使用20 mM咪唑洗脱缓冲液在自动诱导培养基中进行，而0.5 mM咪唑洗脱缓冲液则在IPTG诱导培养基中进行，如图1B所示的?KTA Explorer纯化数据和图1C所示的不同 fraction 的SDS-PAGE分析结果。
讨论
目前癌症治疗方法的一些问题在一定程度上得到了免疫治疗的缓解。然而，由于药物治疗指数低、剂量要求大、吸收不良、非特异性靶向以及在恶性组织中的免疫抑制环境等因素，免疫治疗常常无法阻止肿瘤的生长。由于IL-37对肿瘤细胞的病理生理作用的有效性，基于IL-37的癌症治疗方法...
CRediT作者贡献声明
Zaheer Abbas:撰写——原始草稿、可视化、方法论、实验设计、数据分析。Naoakusa Fujimura:撰写——原始草稿、实验设计、数据分析。Samia Afzal:撰写——审稿与编辑、监督、实验设计。Muhammad Akram:撰写——审稿与编辑、实验设计。Saad Tahir:撰写——审稿与编辑、方法论。Nadeem Ahmed:撰写——审稿与编辑、可视化、监督、数据分析、概念化。
关于写作过程中生成式AI和AI辅助技术的声明
本文不包含任何由生成式AI和AI辅助技术编写的内容。
资助
本研究未接受任何公共部门、商业机构或非营利组织的特定资助。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
作者感谢在这项研究中没有任何个人或机构的直接贡献或帮助需要特别表彰。
Zaheer Abbas|Naoakusa Fujimura|Samia Afzal|Muhammad Akram|Saad Tahir|Nadeem Ahmed
